微波等离子CVD低温沉积金刚石薄膜的研究.pdf

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1、ValueEngineering·297·微波等离子CVD低温沉积金刚石薄膜的研究ResearchonDiamondFilmsinMicrowavePlasmaCVDatLowTemperature芦宝娟LUBao-juan(贵州工业职业技术学院电子与信息工程学院，贵阳550008)(Depa~mentofElectronicInformationEngineering，GuizhouIndustryPolytechnicCollege，Guiyang550008，China)摘要：金刚石具有许多优异的性能，但天然金刚石的价格也比较昂贵。金刚石薄膜的

2、各种性质与天然金刚石几乎相同，具有非常广阔的工业前景。本文采用乙醇和氢气作为．T-作气源，利用微波等离子体化学气相沉积法，在较低的温度下制备了金刚石薄膜，并研究了乙醇浓度、反应气压对金刚石薄膜生长的影响。Abstract：Diamondhasmanyexcellentperformance，butthepriceofnaturaldiamondisalsoveryexpensive．Researchshowsthatthediamondfilmisthesameasthenaturaldiamondandpossessesmanyindustrial

3、applications．DiamondfilmshavebeenpreparedfromethanolandhydrogenusingmicrowaveplasmaCVDatalowersubstratetemperature．Andwehavestudiedtheethanolconcentration，reactionpressureonthegrowthofdiamondfilms．关键词：微波等离子；化学气相沉积；金刚石薄膜；乙醇Keywords：microwaveplasma；chemistryvapordeposition；diamon

4、dfilm；ethanol中图分类号：0484文献标识码：A文章编号：1006—4311(2014)24—0297—030引言微镜下观察到致密细微的划痕，否则再次研磨。金刚石具有极其优异的性质，极高的硬度和导热率，作气体优异的光学透过性能，高的禁带宽度和场发射特性，因此在光学、半导体、真空微电子学、平面显示、机械及航空、航天和国防等领域都有广泛的应用llJ。然而在自然界中天然金刚石产量少，价格昂贵，人造金刚石具有与天然金刚石调节器几乎相同的性能，价格却具有很强的优势闭。因此人工合成金刚石，将会给国防、电子、光学和机械等领域的高科技发展带来巨大的经济效

5、益和社会效益。金刚石薄膜在发达国家起步较早，在某些方面，工业化已经初具规模。我国在这方面起步较晚，与发达国家相比还有一定的差距。制备金刚石薄膜的方法主要有热丝图1MPCVD方法制备金刚石薄模装置图CVD法(HFCVD)、直流电弧等离子体喷射、微波等离子体CVD法、燃烧火焰法等方法，其中微波等离子体CVD对2金刚石薄膜生长的影响因素生长金刚石薄膜具有综合优势。高的衬底温度会限制金金刚石薄膜的生长由多种因素决定，如：基片温度、氢刚石膜的使用范围，特别是在微电学的应用上。因此研究原子作用、乙醇浓度、反应气压等。本文主要研究乙醇浓度微波等离子体低温沉积金刚石

6、膜，具有非常重要的现实意及反应气压对生长金刚石膜的影响。义。目前低压CVD法制金刚石所采用的气源绝大多数都2．1乙醇浓度对生长金刚石膜的影Ⅱ向是CH与H，乙醇是非常常见且价格低廉的工业原料，因CVD法制金刚石膜是由金刚石沉积和氢气对石墨的此用乙醇和氢气作为工作气源势必会带来更好的经济刻蚀作用相平衡所组成的。在压强一定的情况下，乙醇浓效益。度增加较小时，氢气的刻蚀作用基本不变，因此膜生长率1实验方法的任何改变都是由金刚石的沉积所引起的，而不是石墨相该微波等离子体CVD法制金刚石薄膜装置如图1所的减少。[51乙醇浓度依赖于气源，由乙醇一氢气流量比所决定，

7、示，将微波发生器(一般为磁控管)产生的微波经矩形波在本文中，乙醇浓度是指乙醇所占气源的体积百分比。选导、功率监测器和阻抗调配器传输到垂直穿过波导的石英取三个比较有代表性的乙醇浓度为10％、20％、30％，其它反应管中，微波激发工作气体成等离子体状态，在一定条工作参数为反应气压5kPa，微波功率700W，基片温度件下，基片上就沉积出金刚石膜。该实验采用尺寸大约为521℃，沉积时间12小时。其成膜质量由x射线衍射仪检5cmxl0cm镜面抛光的单晶硅片作为反应基片，采用金刚测，如图2所示。石粉研磨的方法进行基片预处理。用金刚石粉手工研磨从图2中可以看出，压

8、强一定的情况下，随着乙醇浓l0分钟，再用乙醇超声清洗大约5分钟，风干，在光学显度的增加，金刚石(111)面与